[논문]전해질 성분 및 농도, 이온교환 수지 비율에 따른 이온교환 특성 연구

안현경; 이인형; 윤형준; 정현준

전해질 성분 및 농도, 이온교환 수지 비율에 따른 이온교환 특성 연구
A Study on Ion Exchange Characteristics with Composition and Concentration of Electrolyte, Ratio of Ion Exchange Resin 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.7 no.4, 2006년, pp.727 - 732

안현경 (순천향대학교 환경공학과) , 이인형 (순천향대학교 환경공학과) , 윤형준 (순천향대학교 환경공학과) , 정현준 (순천향대학교 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 전해질 성분 및 농도, 이온교환 수지 조성비율을 통해 이온교환 수지탑의 성능을 평가하고, 이온교환 수지에 의한 입자성 물질 제거의 능력과 입자성 물질이 이온교환 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이온교환 수지탑 배열 순서에 따라 파과(돌파)시점이 연장되며, 파과(돌파)순서는 음이온의 경우 $Cl^{-}, 양이온의 경우 $Na^{+} 순 이였으며, 전해질의 농도가 증가할수록 파과시간이 단축되었다. 이온교환 수지의 조성비 변화에서는 양음이온교환 수지 조성비가 1:2의 경우 1:1및 1:3의 경우보다 파과(돌파)시간이 연장되었으며 동일한 전해질 농도에서 입자 농도가 증가하면 20% 미만으로 파과(돌파)시간이 단축되었다. 양이온 교환수지 비율이 높으면 양이온의 파과(돌파)시점이 늦어져 이온교환 수지탑의 수명이 연장되고, 입자성 물질은 전해질 농도와 무관하게 이온교환 수지의 세공을 막아 이온교환 용량을 감소시켜 파과(돌파)시간을 단축시키는 것으로 조사되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The object of this study was to investigate the influence of composition and concentration of electrolyte, ratio of cation to anion exchange resin of mixed ion exchange column in the performance of ion exchange. Also this work examined the removal capability of suspended solids by ion exchange resin and the effect of particule on the characteristics of ion exchange. Breakthrough time was extended as the amount of ions and particles present in liquid was decreased. The case of anion, the breakthrough sequence is $Cl^{-}, but the case of cation, the breakthrough sequence is $Na^{+}. As for the ratio of cation to anion exchange resin of 1:2, the breakthrough time was prolonged compared with that of 1:1 and 1:3. For the electrolyte of equal concentration containing suspended solid, breakthrough time was contracted less than 20%. It results in the increase in the removal capacity of cation exchange resin. For the higher ratio of cation exchange resin, suspended solids are shorten the cation's breakthrough time so that the runtime of ion exchange resin tower is increased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 이온교환수지탑의 효율 증대를 위해 유입되는 전해질 성분 및 농도 변화, 수지조성비의 변화 시 이온교환에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

이온교환 수 지탑에 공극이 생기지 않도록 유의하여 이온교환수지를 각 수지탑에 충진하고, 제조한 전해질 용액을 유속 500ml/min(펌프 사용)으로 수지탑에 통과하도록 조절하였다. 유속은 실험의 정확성을 위해 실험 시작 후 10분 간격으로 확인하였고, 온라인을 이용하여 pH 및 전도도를 측정하였으며 일정 시간 간격으로 각 이온교환 수지탑후 단에서 시료를 채취하여 원자흡광도계 (Atomic Absorption Spectrometer), 이온크로마토그래피 (Ion Chromatography)를 이용하여 수질을 분석하였다 [1-8].
[그림1]과 같이 실험장치를 구성하고[9, 10]각 이온교환 수지탑에 연결된 pH미터와 전도도계를 안정화시키기 위하여 증류수를 계속 흘려주었다. 이온교환 수 지탑에 공극이 생기지 않도록 유의하여 이온교환수지를 각 수지탑에 충진하고, 제조한 전해질 용액을 유속 500ml/min(펌프 사용)으로 수지탑에 통과하도록 조절하였다. 유속은 실험의 정확성을 위해 실험 시작 후 10분 간격으로 확인하였고, 온라인을 이용하여 pH 및 전도도를 측정하였으며 일정 시간 간격으로 각 이온교환 수지탑후 단에서 시료를 채취하여 원자흡광도계 (Atomic Absorption Spectrometer), 이온크로마토그래피 (Ion Chromatography)를 이용하여 수질을 분석하였다 [1-8].
전해질 농도 및 제조는[표 1]과같이 하였고, 이온교 환 수지는 ROHM&HAAS IR120 양이온교환 수지와 ROHM&HAAS IRA402 음이온교환 수지를 사용하여 실험하였다. [그림1]과 같이 실험장치를 구성하고[9, 10]각 이온교환 수지탑에 연결된 pH미터와 전도도계를 안정화시키기 위하여 증류수를 계속 흘려주었다.
전해질 농도가 이온교환 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 전해질 농도는 Na* * 50ppm, 125ppm, 250ppm, cr 165ppm, 315ppm, 610ppm, 입자성 물질의 유입 농도 Oppm, 유속은 500ml/min, 이온교환수지는 ROHM&HAAS IR 120 양이온 수지와 ROHM&HAAS IRA 402 음이온 수지를 사용하였고, 수지탑 배열은 혼상-혼상-음이온 수지탑순으로, 이온교환수지탑의 양. 음 이온교환 수지의 조성 비율은 1:1, 1:2, 1:3로 실험한 결과 다음과 같았다.

대상 데이터

전해질 농도 변화 시 이온교환에 미치는 영향을 알아보기 위하여 전해질 종류는 NaCl, CaCh, HC₁, H₂SO₄, MgSO₄, NaSiO& AlCh, Na2CO₃, CuCl2, NaF, KC₁, FeCh, NiCh, A1(NO₃)3을 사용하였다. 대표적인 전해질 농도는 Na 50ppm, 125ppm, 250ppm과 Cl 165ppm, 315ppm, 610ppm에서 실험하였으며, 이온교환수지탑 배열은 혼상-혼상-음이온 수지 탑 순으로, 양.

성능/효과

.이온교환 수지 탑 성능은 유입 전해질 성분 및 농도, 이온교환수지의 조성비, 입자성 물질의 농도에 영향을 받는 것으로 나타났다.
.파과(돌파)순서는 음이온의 경우 cr < NO」< F; 양이온의 경우 Na+ < K+ < Ca2+ 순이였으며, 전해질의 농도가 증가할수록 파과(돌파) 시간이 단축되었다.
또한 양 이온교환수지의 교환능력이 저하되기 시작하면 Nf 이온 이 관류되기 시작하고 NaCl이 생성되어 본래의 pH와 전도도 값을 나타낸다. 세 번째 음이온 교환 수지탑의 경우 음이온만을 교환하므로 N* a이온이 관류되고 NaOH를 생성하게 되어pH와 전도도는 상승하게 된다. 시간이 경과하면 NaCl을 생성하여 본래의 pH와 전도도 값을 보인다.

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